In uno studio su 11 giovani pazienti con malattie sconosciute, un team internazionale di ricercatori guidato da scienziati del National Institutes of Health e della Uniformed Services University (USU) ha scoperto una nuova e unica forma di sclerosi laterale amiotrofica (SLA). La malattia a differenza della maggior parte dei casi di SLA, ha iniziato ad attaccare questi pazienti durante l’infanzia, è peggiorata più lentamente del solito ed è stata collegata a un gene, chiamato SPTLC1, che fa parte del sistema di produzione di grasso del corpo. I risultati preliminari hanno suggerito che il silenziamento genetico dell’attività SPTLC1 sarebbe una strategia efficace per combattere questo tipo di SLA.
Carsten Bönnemann, ricercatore senior presso il National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) del NIH e un autore senior dello studio pubblicato su Nature Medicine, ha detto:
«La SLA è una malattia paralizzante e spesso fatale che di solito colpisce le persone di mezza età. Abbiamo scoperto che una forma genetica della malattia può anche minacciare i bambini. I nostri risultati mostrano per la prima volta che la SLA può essere causata da cambiamenti nel modo in cui il corpo metabolizza i lipidi. Speriamo che questi risultati aiutino i medici a riconoscere questa nuova forma di sclerosi laterale amiotrofica SLA e portino allo sviluppo di trattamenti che migliorino la vita di questi bambini e giovani adulti. Speriamo anche che i nostri risultati possano fornire nuovi indizi per comprendere e trattare altre forme della malattia».
Carsten Bönnemann guida un team di ricercatori che utilizza tecniche genetiche avanzate per risolvere alcuni dei più misteriosi disturbi neurologici infantili in tutto il mondo. Il team in questo studio ha scoperto che 11 di questi casi avevano la SLA che era legata a variazioni nella sequenza del DNA di SPLTC1, un gene responsabile della produzione di una diversa classe di grassi chiamati sfingolipidi.
Il team inoltre ha lavorato con gli scienziati nei laboratori guidati da Teresa M. Dunn, professoressa e presidente della USU, e Thorsten Hornemann, all’Università di Zurigo in Svizzera. Insieme non solo hanno trovato indizi su come le variazioni nel gene SPLTC1 portano alla SLA, ma hanno anche sviluppato una strategia per contrastare questi problemi.
Lo studio è iniziato con Claudia Digregorio, quindici anni della regione Puglia. Il suo caso ha interessato anche Papa Francesco le ha impartito una benedizione di persona in Vaticano prima che partisse per gli Stati Uniti per essere esaminata dal team di Carsten Bönnemann al Centro Clinico del NIH.
Claudia Digregorio come molti altri pazienti, aveva bisogno di una sedia a rotelle per muoversi e di una cannula per tracheostomia impiantato chirurgicamente per aiutare la respirazione. Gli esami neurologici del team hanno rivelato che lei e gli altri avevano molte delle caratteristiche della SLA, compresi i muscoli gravemente indeboliti o paralizzati. Inoltre, i muscoli di alcuni pazienti hanno mostrato segni di atrofia quando esaminati al microscopio o con scanner non invasivi, tuttavia, questa forma di SLA sembrava essere diversa.
La maggior parte dei pazienti viene diagnosticata con la SLA intorno ai 50-60 anni di età. La malattia poi peggiora così rapidamente che i pazienti in genere muoiono entro tre o cinque anni dalla diagnosi; al contrario, i sintomi iniziali, come la deambulazione e la spasticità, sono apparsi in questi pazienti intorno ai quattro anni di età. Inoltre, alla fine dello studio, i pazienti avevano vissuto da cinque a venti anni in più.
Payam Mohassel del team di ricerca clinica NIH, autore principale dello studio, ha detto:
«Questi giovani pazienti avevano molti dei problemi del motoneurone superiore e inferiore che sono indicativi della SLA. Ciò che ha reso questi casi unici è stata l’età precoce di insorgenza e la progressione più lenta dei sintomi, questo ci ha fatto chiedere che cosa era alla base di questa forma distinta di SLA».
I primi indizi sono venuti dall’analisi del DNA dei pazienti. I ricercatori hanno usato strumenti genetici di nuova generazione per leggere gli esomi dei pazienti, le sequenze di DNA che contengono le istruzioni per produrre le proteine. Hanno scoperto che i pazienti avevano cambiamenti cospicui nella stessa porzione stretta del gene SPLTC1, quattro dei pazienti hanno ereditato questi cambiamenti da un genitore, nel frattempo, gli altri sei casi sembravano essere il risultato di ciò che gli scienziati chiamano mutazioni “de novo” nel gene, questi tipi di mutazioni possono verificarsi spontaneamente quando le cellule si moltiplicano rapidamente prima o poco dopo il concepimento.
Le mutazioni in SPLTC1 sono anche note per causare un diverso disturbo neurologico chiamato neuropatia ereditaria sensoriale e autonoma di tipo 1 (HSAN1). La proteina SPLTC1 è una subunità di un enzima, chiamato SPT, che catalizza la prima di diverse reazioni necessarie per produrre sfingolipidi. Le mutazioni HSAN1 fanno sì che l’enzima produca versioni atipiche e dannose di sfingolipidi.
Il team in un primo momento ha pensato che le mutazioni che causano la SLA che hanno scoperto possono produrre problemi simili. Tuttavia, gli esami del sangue dei pazienti non hanno mostrato segni di sfingolipidi dannosi.
Carsten Bönnemann ha detto:
«A quel punto, ci siamo sentiti come se avessimo incontrato un blocco stradale, non potevamo comprendere appieno come le mutazioni viste nei pazienti SLA non mostravano le anomalie previste da ciò che era noto sulle mutazioni SPTLC1. Fortunatamente, il team di Teresa M. Dunn aveva alcune idee».
Il team di Teresa M. Dunn per decenni aveva studiato il ruolo degli sfingolipidi nella salute e nella malattia. I ricercatori con l’aiuto del team di Teresa M. Dunn hanno riesaminato i campioni di sangue dei pazienti SLA e hanno scoperto che i livelli di sfingolipidi tipici erano anormalmente alti, questo ha suggerito che le mutazioni della SLA hanno migliorato l’attività della SPT.
Risultati simili sono stati visti quando i ricercatori hanno programmato i neuroni cresciuti in piastre di Petri per portare le mutazioni che causano la SLA in SPLTC1. I neuroni portatori di mutanti hanno prodotto livelli più elevati di sfingolipidi tipici rispetto alle cellule di controllo, questa differenza è stata migliorata quando i neuroni sono stati alimentati con l’aminoacido serina, un ingrediente chiave nella reazione SPT.
Studi precedenti hanno suggerito che l’integrazione di serina può essere un trattamento efficace per HSAN1. Gli autori di questo studio sulla base dei loro risultati hanno raccomandato di evitare l’integrazione di serina nel trattamento dei pazienti SLA.
Il team di Teresa M. Dunn successivamente ha eseguito una serie di esperimenti che hanno dimostrato che le mutazioni che causano la SLA impediscono a un’altra proteina chiamata ORMDL di inibire l’attività SPT. Teresa M. Dunn ha detto:
«I nostri risultati suggeriscono che questi pazienti SLA vivono essenzialmente senza un freno all’attività della SPT, questa è controllata da un ciclo di feedback. I livelli di sfingolipidi quando sono alti, le proteine ORMDL si legano alla SPT e la rallentano. Le mutazioni che portano questi pazienti essenzialmente cortocircuitano questo ciclo di feedback. Abbiamo pensato che ripristinare questo freno potrebbe essere una buona strategia per trattare questo tipo di SLA».
Il team di Carsten Bönnemann per testare questa idea ha creato piccoli filamenti interferenti di RNA progettati per spegnere i geni SPLTC1 mutanti trovati nei pazienti. Gli esperimenti sulle cellule della pelle dei pazienti hanno mostrato che questi filamenti di RNA hanno ridotto i livelli di attività del gene SPLTC1 e ripristinato i livelli di sfingosina alla normalità. Carsten Bönnemann ha detto:
«Questi risultati preliminari suggeriscono che potremmo essere in grado di utilizzare una strategia di silenziamento genico di precisione per trattare i pazienti con questo tipo di SLA. Inoltre, stiamo anche esplorando altri modi per intervenire sul freno che rallenta l’attività della SPT. Il nostro obiettivo finale è quello di tradurre queste idee in trattamenti efficaci per i nostri pazienti che attualmente non hanno opzioni terapeutiche».
